Текст книги "Удивительный интернет"

Электронная почта сейчас – одна из главных служб Интернета. Но появилась она еще до того, как возникла межкомпьютерная связь. Уже в конце 1950-х годов все крупные компьютеры предоставляли пользователям возможность набрать на клавиатуре своего терминала сообщение и переслать его другому пользователю. Адресом «почтового ящика» служило имя пользователя (логин), под которым он регистрировался для работы с компьютером. Если учесть, что к компьютеру могла быть присоединена сотня терминалов, которые находились не только на разных этажах одного и того же здания, но в разных зданиях одного университетского кампуса и даже в разных городах, возможность пересылки сообщений между пользователями даже одного компьютера была очень удобной опцией.

Аналогичную программу для обмена сообщениями между разными компьютерами, соединенными сетью, написал в ноябре 1971 года программист Рэй Томлинсон (Ray Tomlinson). Он работал в фирме «BBN», которая выполняла технические работы в рамках проекта ARPANET. Адресом «почтового ящика» в программе Р. Томлинсона служили логин адресата и имя компьютера, на котором адресат был зарегистрирован. Чтобы разделить эти два имени, Томлинсон использовал ставший впоследствии знаменитым значок @ («at коммерческое»). Значком этим никто из «технарей» ранее никогда не пользовался. Зато в области торговли – при оформлении заказов и при выписке счетов – значок @ широко применялся для замены слов «по цене». Поэтому уже с 1889 года он размещался на стандартной клавиатуре как английских, так и американских пишущих машинок.

Благодаря Интернету этот значок стал незаменимым и на русских клавиатурах. В русском Интернете он получил название «собачка».

Вспомните роман Марка Твена «Принц и нищий». Юного короля во дворце заменил похожий на него мальчик-простолюдин. Казалось бы, скандал и катастрофа!

Ничего подобного! Свита продолжала «играть короля»! Придворные обращались с этим бедным мальчиком так, словно бы он был наследником престола, соблюдая все правила общения с коронованной особой. Эти правила были заведены при дворе давным-давно, проверены многими поколениями, и они спасли монархию.

Свод правил, регулирующий порядок официальных мероприятий и церемоний, называется протоколом. Протокол выходит на первый план при общении официальных особ. Для любого владыки нет ничего страшнее, чем показаться смешным, неотесанным, не знающим, как себя вести в той или иной ситуации. Чтобы такого позора не произошло, царь-король-президент должен действовать согласно предписаниям протокола. Человек, досконально знающий все протокольные тонкости, церемониймейстер, всегда был одним из самых главных придворных сановников.

Протокольный отдел играл и играет важную роль в деятельности любого министерства иностранных дел, поскольку несоблюдение дипломатического протокола может поставить под сомнение законность подписываемых соглашений.

Любая армия мира живет по воинским уставам, которые фактически тоже являются тщательно разработанными протоколами. Более того, среди военных бытует справедливая поговорка, что уставы писаны кровью.

Такие непохожие друг на друга мероприятия, как церковные службы, дуэли и воровские «сходняки», проводятся в соответствии с определенными фиксированными правилами, писаными или неписаными. То есть по протоколу, хотя это слово и не употребляется.

В технике Интернета главную роль, аналогичную придворному протоколу для королевского двора, играет сетевой протокол.

Сетевым протоколом называется система правил, однозначно описывающих обмен информацией между компьютерами по сети. Протокол определяет то, как процесс передачи информации инициируется, в каком виде и каким образом информация передается по сети, как происходит проверка правильности передачи данных и как процесс передачи информации заканчивается. Сетевой протокол является стандартом, определяющим процесс «общения» компьютеров между собой. Сетевой протокол может быть реализован в виде аппаратуры (например, сетевой карты) или в виде программы. Аппаратура быстрее реагирует на сетевые сигналы, программы более дешевы и более гибки.

Сетевой протокол – понятие довольно сложное, но совершенно необходимое для того, кто хочет знать, как устроен Интернет. Поэтому о протоколах мы поговорим более подробно в следующей части. Пока же следует сказать, что любой сетевой протокол имеет название на английском языке, которое обычно сокращают по начальным буквам и чаще всего пользуются именно этой аббревиатурой. Например, «протокол передачи гипертекста», «Hypertext Transfer Protocol», HTTP. Или «протокол передачи файлов», «File Transfer Protocol», FTP.

Бывают и исключения. Вышедший к настоящему времени из употребления протокол распределенного поиска и передачи документов (поиск информации в Интернет-каталогах) назывался «Gopher». Гофер – это американский грызун типа хомячка, обшаривающий свою территорию в поисках пищи, вроде того как одноименный протокол обшаривал Интернет-каталоги.

Понятие сетевого протокола возникло в 1970-х годах, когда в создании сетей межкомпьютерных коммуникаций стали принимать участие крупные коллективы ученых и инженеров из разных университетов. Чтобы совместная деятельность не превратилась в «работу Лебедя, Рака и Щуки», следовало договориться и о словах, и о делах, чтобы привести, так сказать, к общему знаменателю все разнообразие компьютеров, операционных систем, линий связи и взглядов разработчиков. То есть выработать систему стандартов. Протоколы фактически явились стандартами Интернета.

Основой возникновения протоколов была традиция открытой публикации идей и результатов исследований, принятая в университетской среде. Но подготовка публикации в научном журнале или доклада на научной конференции занимала слишком много времени.

7 апреля 1969 года Стив Крокер (Stephen D. Crocker, родился в 1944), бывший одним из тех студентов, которые вместе с Л. Клейнроком «оживили» первую ячейку ARPANET (см. выше), придумал новый способ обмена идеями и предложениями в среде разработчиков межкомпьютерной связи. Сначала это были обычные бумажные бюллетени, которые назывались рабочими предложениями или темами для обсуждения (Request for Comments, RFC). Эти бюллетени рассылались по обычной почте всем участникам проекта ARPANET. Но уже в декабре 1969 года, когда начали работать первые сегменты сети ARPANET, бюллетени стали рассылаться по межкомпьютерной сети и почти мгновенно попадали к своим адресатам.

Бессменным и единственным редактором RFC в течение почти 30 лет, с 1969 по 1998 год, был Джон Постел (Jonathan Bruce Postel, 1943–1998). Он также внес большой вклад в разработку и реализацию системы доменных имен (о которой будет рассказано далее).

Перевод обсуждения в новую, электронную, среду вызвал потрясающий эффект ускорения разработок. Надо сказать, что эффект ускорения был неожиданным и для самих разработчиков. Так, ключевые сетевые протоколы появились и стали действующими стандартами в течение 1970-х годов. Международная же организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) предложила свою эталонную сетевую модель взаимодействия открытых систем (см. ниже) с большим запозданием, только в 1984 году.

К этому времени уже появилось на свет слово «Интернет». В 1974 году его придумали Винт Серф (Vinton Gray Cerf, родился в 1943) и Роберт Кан (Robert Elliot Kahn, родился в 1938). Они разработали набор сетевых протоколов для пакетной передачи информации в большой сети. Основой этого набора стали два протокола: протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) и межсетевой протокол (Internet Protocol, IP). Саму же связку протоколов (или, как еще говорят, «стек») стали называть TCP/IP.

Протокол TCP обеспечивал бесперебойную и точную передачу пакетов данных с одного компьютера, подключенного к сети, на другой. Происходило это следующим образом.

Передаваемая информация разбивалась на части (пакеты). Все пакеты нумеровались, что позволяло впоследствии собрать информацию в правильном порядке. После чего все пакеты передавались межсетевому протоколу IP.

С помощью протокола IP все пакеты пересылались получателю. При этом к каждому пакету протокол IP добавлял служебную информацию, содержащую адреса отправителя и получателя информации. Это позволяло, во-первых, обеспечить доставку каждого пакета получателю, а во-вторых, в случае ошибки при пересылке потребовать у отправителя повторить пересылку. Путь, по которому пакет пройдет от отправителя к получателю, не имел значения. Самое главное, что протокол IP обеспечивал правильную доставку информации.

На компьютере-приемнике в дело вновь вступал протокол TCP Он проверял, все ли пакеты доставлены. Так как каждый пакет мог двигаться по Интернету самыми разными путями, то порядок их поступления на компьютер-приемник мог быть нарушен. Протокол TCP располагал все пакеты в правильном порядке и собирал их в единое целое.

Таким образом, стек TCP/IP обеспечивал соединение двух конкретных компьютеров вне зависимости от того, сколько компьютеров было присоединено к сети. Хоть миллионы! Эту огромную сеть сетей очень скоро стали, вслед за протоколом, называть «Интернетом». И до сих пор ее так называют.

С 1 января 1983 года все компьютеры, подключенные к сети ARPANET, стали «общаться» между собой только посредством стека протоколов TCP/IP. Такой переход потребовал координации усилий всех заинтересованных сторон и тщательно планировался. Может быть, именно поэтому он прошел без особенных проблем. Те, кто принимал участие в этом историческом событии, долго носили на лацкане своих белых халатов значок «Я пережил переход на TCP/IP». И гордились этим красным значком не меньше, чем солдаты гордятся своими боевыми медалями.

И по сей день пара протоколов TCP/IP – главная «тягловая сила» Интернета.

Компании – как люди. Они рождаются, живут и умирают. У каждой есть своя судьба, счастливая или не очень.

У компании «Xerox» судьба оказалась счастливой. Она была основана в 1906 году и занималась производством фотобумаги. В те времена главным фоточувствительным материалом было бромистое серебро, соединение серебра с бромом, который принадлежит к химическому классу галогенов (галоидов). Отсюда произошло и первоначальное название компании «Haloid».

В октябре 1942 года Честер Карлсон (Chester Floyd Carlson, 1906–1968) изобрел и запатентовал процесс электрофотографии. А в 1947 году компания «Haloid» купила этот патент. По совету того же Честера Карлсона электрокопирование назвали «ксерографией», от древнегреческого слова «ксерос» («сухой»). Электрокопирование действительно было «сухой» печатью: черный порошок прилипал к наэлектризованному валику, а оттуда переносился на поверхность листа бумаги. Устройство же для электрографического копирования Карлсон предложил назвать «Xerox» (по-английски оно читается как «зирокс»). Первый копировальный аппарат был выпущен в 1949 году, а через десять лет на рынке появился автоматический офисный копировальный аппарат, позволявший делать качественные копии документов на обычной бумаге.

Даже оптимисты не смогли бы предсказать грандиозного успеха этого устройства! В 1961 году продажи новых копиров зашкалили. Фирма без сожаления перешла с производства фотобумаги на производство офисной техники, и заодно поменяла свое название на «Xerox». Вскоре это название стало синонимом любых копирующих устройств. Например, в СССР, а после и в России прижились слова «ксерокопия» и «отксерить» (в смысле «скопировать»).

Честер Карлсон по образованию был физиком, но некоторое время работал юристом по патентным вопросам. Поэтому свою заявку на патент он составил очень умело. За 25 лет никому не удалось обойти заявленные им принципы электрофотографии. Но в 1970 году приближался срок, после которого по американским законам производить электрофотографическую технику могли бы все, а не только компания «Xerox». Поэтому по инициативе главного научного сотрудника фирмы Джека Гольдмана в калифорнийском городе Пало-Альто был организован научно-исследовательский центр (PARC – Palo Alto Research Center). Чуть позже место, где разместился PARC, станут называть «Кремниевой долиной» (Silicon Valley).

Штаб-квартира компании «Xerox» находится на восточном побережье США, в штате Нью-Йорк. Почему же Дж. Гольдман решил организовать исследовательский центр в Калифорнии, на другом конце страны?

Во-первых, потому что к тому времени в Калифорнии находилось множество компаний и научных центров, занимавшихся разработками в области высоких технологий. В 1970-е годы финансирование некоторых из них сократилось, в результате чего появилась возможность «переманить» в PARC многих научных и инженерных работников высокой квалификации. Так, директором лаборатории информатики в PARC с 1970 по 1983 год был уже известный нам Боб Тейлор, первый руководитель проекта ARPANET.

Во-вторых, научно-исследовательский центр построили на территории Стэнфордского университета, что обеспечило взаимно полезное сотрудничество. Аспиранты Стэнфорда принимали участие в научно-исследовательских проектах PARC, а ученые PARC были желанными гостями в университетских лабораториях и на семинарах. Не забудем также, что Стэнфорд – один из первых узлов возникшей в 1969 году межкомпьютерной сети ARPANET.

В-третьих, расстояние более чем в 4800 километров служило надежным барьером между администрацией «Xerox» и научными работниками PARC. Ни у кого из администраторов не возникало желания слишком часто навещать подведомственные лаборатории с тем, чтобы «проверять», чем там занимаются эти самые ученые.

А занимались они фактически вопросами выживания всей компании «Xerox». Перед PARC была поставлена задача: найти новые области в сфере офисных технологий, в которых фирма могла бы сохранить свое лидерство.

Оглядываясь назад, можно сказать, что Xerox PARC поставленную перед ним задачу выполнил – разработал технологии и устройства, которые до сих пор в строю и активно используются во всех отраслях, связанных с обработкой информации. Назовем только несколько таких разработок.

1. Компьютерная мышь, а вместе с ней и графический пользовательский интерфейс для первого персонального компьютера Xerox Alto, прямого предшественника Apple Macintosh и IBM PC.

2. Лазерный принтер.

3. Персональный компьютер. Идея создания дешевого компьютера для личного использования была революционной в эпоху больших вычислительных машин коллективного пользования. Тогда же были сформулированы требования к такому компьютеру: легкий и плоский монитор, хорошая батарея, небольшие размеры, приблизительно с блокнот. «Блокнот» по-английски – «notebook», отсюда и пошло название портативных компьютеров.

4. Текстовый редактор Bravo, ставший предшественником Microsoft Word и других подобных редакторов, где изображение, видимое на экране, один к одному совпадает с видом результирующей распечатки документа. Этот принцип называется «WYSIWYG» (сокращение по первым буквам фразы на английском языке «What You See Is What You Get» – «что видишь, то и получишь»)

5. Создание сети Ethernet для быстрой передачи данных. Изобретение «эфирной сети» (так переводится на русский язык слово «Ethernet») определило на долгие годы вперед инфраструктуру еще не родившегося Интернета. И сейчас, сорок лет спустя, ваш домашний компьютер наверняка подсоединен к Интернету с помощью кабеля Ethernet.

Разработал теоретические основы протокола Ethernet и внедрил его в жизнь Боб Меткалф (Robert Melancton Metcalfe, родился в 1946), а помогал ему в этом Дэвид Боггс (David Boggs, родился в 1950).

Меткалф – уроженец Бруклина (Нью-Йорк). Он называет себя американским викингом. Его деды и бабки в начале XX века прибыли в Нью-Йорк из Норвегии и из Ирландии. Мать охотнее говорила по-норвежски, чем по-английски. Отец Меткалфа в течение 30 лет работал техником в авиационной промышленности. Во время Второй мировой войны мать Боба, как многие американские женщины, бывшие до того домохозяйками, пошла работать клепальщицей на то же авиапредприятие, где трудился отец.

Роберт (Боб) Меткалф с коаксиальным кабелем

У отца и матери Боба было два желания: дожить до момента выхода на пенсию и дать образование сыну. Оба желания сбылись, сначала второе, потом первое.

В 1964 году Боб Меткалф поступил в Массачусетский технологический институт (МТИ) в Бостоне, лучшее высшее техническое учебное заведение США. Здесь он получил сразу две степени бакалавра: в области электротехники и в области управления бизнесом. «В то время это казалось немного странным, – вспоминал позже Р. Меткалф, – но для меня это был просто чудесный год. Я учил то, что мне нравилось, и получал от этого массу удовольствия».

Для получения степени магистра Боб Меткалф перешел в Гарвардский университет. Далеко переезжать не пришлось: Гарвардский университет тоже находится в Бостоне, но, по словам Боба Меткалфа, атмосфера там совсем другая, чем в МТИ, и эта атмосфера была ему не по душе.

Может быть, нелюбовь Меткалфа к Гарвардскому университету связана с тем, что ученый совет кафедры прикладной математики Гарварда отклонил его докторскую диссертацию «Пакетные сети», которую он попытался защитить в 1972 году. Ученые Гарварда не нашли в работе Боба достаточного научного обоснования – сплошная «инженерия».

Нет худа без добра. После неудачной защиты докторской диссертации в Гарварде Боб Меткалф переехал в Калифорнию, где начал работать в научно-исследовательском центре компании «Xerox» в Пало-Альто.

В это время одна из групп Xerox PARC разрабатывала прототип персонального компьютера под названием «Alto». Это было в 1973 году, и наличие на каждом рабочем столе персонального компьютера многим казалось ненужной роскошью. Зачем он – маленький, слабенький и не такой уж дешевый – нужен, если в вычислительном центре гудит и пышет жаром могучая вычислительная система?

Но, несмотря на подобные возражения, работа продвигалась: создавалась операционная система для первого в мире персонального компьютера, а одним из главных устройств, которые разработчики предполагали присоединить к своему детищу, был первый в мире лазерный принтер, параллельно создаваемый другой рабочей группой.

Этот принтер печатал один лист в секунду в небывало высоком разрешении – 500 точек на дюйм. Но стоил он дорого и был настолько громоздким, что о подсоединении этого агрегата к каждому из сотни персональных компьютеров исследовательского центра речь даже и не шла. Принтер должен был находиться в общем пользовании. Для этого следовало присоединить его к персональным компьютерам, объединенным в локальную сеть. Предполагалось, что этих компьютеров будет больше двух сотен. Грубая прикидка количества информации, передаваемой по этой сети, показывала, что скорость передачи должна быть около 3 мегабит в секунду.

Связать между собой более сотни компьютеров – это и сейчас нелегкая задача. В начале 1970-х годов она казалась просто неразрешимой. Хотя бы из-за того, что для соединения такого количества компьютеров тогда требовалась целая паутина проводов. Не запутаться бы! Нужен был совершенно новый принцип организации межкомпьютерной связи.

Кто ищет, тот найдет. Совершенно случайно на глаза Бобу Меткалфу попался отчет об организации межкомпьютерной сети Alohanet в Гавайском университете. Эту сеть можно назвать дальним родственником современных сотовых телефонных сетей и беспроводных Интернет-сетей Wi-Fi тоже. Ее спроектировали для того, чтобы связать компьютеры, находящиеся в кампусах университета. А они расположены на разных островах посреди Тихого океана. Понятно, что ни о каком кабеле здесь речь и не шла. Радио, только радио!

К каждому компьютеру была присоединена приемопередающая станция. Все станции работали на одной частоте, образуя, таким образом, общий канал связи. По умолчанию каждая станция работала на прием. Если на какую-либо станцию поступала информация, специальное устройство разбивало ее на пакеты, и станция начинала передачу, пакет за пакетом.

Каждый пакет содержал необходимую служебную информацию. Она, помимо прочего, включала адрес компьютера-получателя и адрес компьютера-отправителя. Прием пакета осуществляла только та радиостанция, адрес которой совпадал с адресом получателя. Остальные радиостанции игнорировали пакет, предназначенный не для них.

Общий канал связи предполагал, что в любой момент времени прием ведут все радиостанции, передавать же данные может только одна. Если бы вещали одновременно несколько радиостанций, их сигналы накладывались бы друг на друга, и в этой какофонии разобраться было бы невозможно. Случай, когда две радиостанции одновременно начинали передачу, назывался коллизией. При возникновении коллизии оба передатчика замолкали и начинали работать вновь, причем каждый через случайный промежуток времени. Подобный прием позволял избавиться от повторения прежней коллизии.

Описанный протокол передачи данных, который использовался в сети Alohanet, не программировался, а был «зашит» в электронику приемо-передающих станций. Эти станции подключались к компьютерам и обеспечивали быструю, качественную и дешевую межкомпьютерную связь, единственно возможную в условиях Гавайских островов.